斜交連續小箱梁橋橫向分布系數的研究

孫全勝 程 雨

(東北林業大學，黑龍江 哈爾濱 150040)

斜交連續小箱梁橋橫向分布系數的研究

孫全勝 程 雨

(東北林業大學，黑龍江 哈爾濱 150040)

為了探究斜交連續梁橋在荷載作用下的受力特性，主要研究了8種不同斜交角度的斜交連續梁橋橫向分布系數的變化規律，通過橋梁靜載試驗與有限元模型的對比，驗證了模型所提數據能夠正確反映出實際橋梁的受力特性。

斜橋，多箱式連續小箱梁橋，橫向分布系數，試驗研究

在橋梁修建過程中，斜橋在橋涵設計中的比重逐漸增大[1]。斜橋與直橋相比，其結構受力要復雜得多[2]。對于斜橋的橫向分布的研究，主要針對的是簡支斜梁橋的分析上，因此有必要對斜交連續小箱梁橋在荷載作用下的橫向分布規律進行研究。

1 理論分析

1.1 傳統計算方法

由各種梁系結構組成的梁式橋，是一個空間結構，為了簡化設計計算的過程，常常需要將復雜的空間問題轉換成簡單的平面問題來分析，這種理論稱為荷載橫向分布理論[3]。斜橋橫向分布系數的計算方法主要有梁系理論[4]、模態參數法[5]、板理論及數值方法[6]等。

1.2 有限元分析方法

在每跨橋梁的跨中截面間隔1.5 m設置一個點，四片梁共設置9個測點，見圖1。在每個點位上單獨加載即可得到一系列的荷載影響線。由得到的各梁跨中截面位移效應按式(1)計算荷載橫向分布影響線，從而計算得出對應的荷載橫向分布系數。

(1)

其中，ηi為i號梁的影響線坐標值；dyi為當作用力作用于跨中任意位置時，第i號梁的跨中撓度。

2 有限元模型建立

本文所建橋梁模型上部結構采用四片梁，五跨跨徑均為40 m。梁截面采用交通部箱梁參考圖。在跨中用集中荷載的方式模擬三輛49 t加載車。在建模時，把鋪裝層以及在橋面兩側的防撞欄均按二期恒載的形式進行加載。全橋采用等截面進行建模[7]。將橋梁的虛擬橫梁分為一字形和二字形[8]，如圖2所示。

3 計算結果分析

本文建立了四梁式五跨連續梁橋實體模型，分為0°,10°,20°,30°,40°,45°,50°,60°共計八個實體模型。

根據對稱作用可知，只選取了第一跨、第二跨、第三跨作為分析對象。考慮到邊梁和中梁截面的空間結構不同，在橫向選取了邊梁和中梁作為研究對象[9]。

第一跨、第二跨、第三跨的邊梁的橫向分布影響線如圖3～圖5所示。

由圖3～圖5可知：1)同一跨不同斜交角度的橫向分布系數隨著斜交角度的增大而逐漸減小。2)同一斜交角度不同跨的橫向分布系數變化規律：從第一跨到第三跨，橫向分布系數呈遞減趨勢，但是不同跨橫向分布系數的變化趨勢相同。因此在實際工程中，邊跨邊梁的設計應引起足夠的重視。

第一跨、第二跨、第三跨的中梁的橫向分布影響線見圖6～圖8。

由圖6～圖8可知：1)三跨中梁的橫向分布系數均隨著斜交角度的增大而減小。2)從相同斜交角度，不同跨的橫向分布系數來看，從第一跨到第三跨的橫向分布系數的最大值逐漸減小，并且中梁橫向分布系數普遍小于邊梁的橫向分布系數。3)隨著斜交角度的增大，不同跨中梁橫向分布系數的最大值位置逐漸向3號作用點偏移。

4 靜載試驗

哈肇公路鶴崗至名山段擴建工程A15標段K21+998公鐵立交橋，為5×40 m預應力混凝土連續箱梁橋。該橋為斜交橋，斜交角為30°。

本節分別在橋梁的第一、二、三跨的跨中部分，進行橋梁靜載試驗，并與有限元模型求得的結果進行對比。加載車位置如圖9所示。

各跨跨中小箱梁梁底微應變理論值，如圖10～圖12所示。

由圖10～圖12可知：1)從第一跨到第三跨，微應變的離散程度越來越小，且第一跨的微應變是最大的。2)梁底微應變實測值的變化趨勢和有限元模型分析結果一致。3)三跨跨中主梁梁底微應變實測值均小于有限元模型計算值，有限元模型的誤差值在0%～6.67%。

5 結語

1)對于邊梁來說，隨著橋梁斜交角度的逐漸增大，跨中的橫向分布系數逐漸減小；對于相同斜交角度，不同跨的邊梁來說，從第一跨到第三跨，荷載橫向分布系數逐漸減小，由此可知，在斜交連續梁橋的設計過程中，應注意邊跨預截面內鋼束的布置。

2)對于中梁來說，隨著斜交角度的增大，跨中橫向分布系數逐漸減小；從第一跨到中間跨，雖然荷載的橫向分布系數逐漸減少，但是橫向分布系數的最大值向橋梁的鈍角方向偏移，因此，實際工程的設計中，應充分考慮斜交角度對主梁彎矩和扭矩的耦合作用，使設計在具有足夠安全系數的前提下更加經濟。

3)根據橋梁靜載試驗可得：模型計算結果均大于實測的梁底微應變，誤差值在0%～6.67%之間，偏于安全的角度考慮，有限元模型可以滿足要求。

[1] 楊美良,石恩崇.先簡支后連續斜交小箱梁橋荷載橫向分布研究[J].中外公路,2014(5):142-146.

[2] 王君君.預制裝配式連續小箱梁橋橫向分布計算方法的研究分析[D].西安：長安大學,2008.

[3] 范立礎.橋梁工程[M].北京：人民交通出版社,2001.

[4] 宋建永,張浩陽,張樹仁.公路橋梁荷載橫向分布系數簡化計算[J].東北公路,2003(4):77-79.

[5] 劉 華,葉見曙,俞 博,等.橋梁荷載橫向分布系數計算方法[J].交通運輸工程學報,2009(1):62-66.

[6] 余 泉.多箱式連續小箱梁橋受力特性的分析及其試驗研究[D].杭州：浙江大學,2006.

[7] 李國豪.斜交結構的斜梁橋的荷載橫向分布分析[J].同濟大學學報(自然科學版),1994(4):395-400.

[8] 馮文煥,蘇巨峰.梁格法分析小箱梁橋虛擬橫梁剛度模擬[J].山西建筑,2013，39(10):148-149.

[9] 郭守儆.中、小跨徑帶翼小箱梁橫向受力分布研究[D].成都：西南交通大學,2007.

Study on horizontal distribution coefficient of skew continuous small-box-beam bridge

Sun Quansheng Cheng Yu

(NortheastUniversityofForestry,Harbin150040,China)

In order to studying the stress characteristics of skew continuous small-box-beam bridge under the load, the paper mainly studies horizontal distribution coefficient altering law of skew continuous beam bridge under 8 different skew angles. Through comparing static bridge load to finite element model, it testifies that: the data provided with the model correctly reflect the actual bridge stress properties.

skew bridge, multiple-box continuous small-box-beam bridge, horizontal distribution coefficient, experimental research

2015-01-19

孫全勝(1968- )，男，博士后，博士生導師，教授； 程 雨(1990- )，男，在讀碩士

1009-6825(2015)10-0155-03

U441

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